回火
二、回火时组织转变及力学性能变化
1、回火时组织转变 以碳钢为例： （1）马氏体开始分解（100～200℃）：
碳原子以ε-碳化物形式从马氏体中逐渐析出。 （2）残余奥氏体分解（200～300℃）：
残余奥氏体转变为回火马氏体或下贝氏体。 （3）渗碳体形成（250～400℃）：
ε-碳化物转变为极细小的渗碳体。 （4）铁素体的回复和再结晶，碳化物颗粒聚集长 大（400℃以上）
If
e Z
e R2 X 2
密电 度流
进水
出水
淬
火
进喷
水
水 套
Z：涡流回路电抗，R：电阻，XL：感抗 ∵Z很小，∴（涡流）能达到很大。
涡流热效应
Q
0.24I
2 f
R
Q总=Q+Q′，将零件表层加热，
（Q′磁滞热效应，比涡流热效应小的多）
表面效应（集肤效应）
涡流强度随高频电磁场强度由零件表面向内层 逐渐减小而相应减小的规律，称为表面效应。
三 淬火冷却方法: （1）单介质淬火 （2）双介质淬火
（为减小淬火应力） （3）M分级淬火
（为减小淬火应力）
温
A1
度
P
A Ms
M
B
①③ ②
⑤
时间
（4）B等温淬火：为获得下贝氏体组织。
（5）冷处理：为获得最大量M，减少A
室 温
1 、 直 接 淬 火 （ direct quenching）
适用：无尖锐棱角，和 截面形状无突变的形 状简单的碳钢和合金 钢工件。
区间里将发生二次硬化 作用。
560
T/ ℃
4、回火脆性 低温回火脆性：250～350℃回火时韧性降低。 预防方法：回避在该温度回火 高温回火脆性：500～650℃回火时韧性降低。 预防方法：回火后快冷。
钢的韧性与回 火温度的关系
小结：各种热处理组织比较
球化退火
奥氏体
快冷（淬火） 马氏体
重新加热
缓冷
250
150
正火（0.2-0.5C)
完全退火 （0.3-0.8C）
球化退火 （＞0.5C)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 含碳量→
热处理工艺与切削工艺性的关系
第二节 钢的淬火
钢的最重要的强化手段：淬火
将钢加热到Ac1或Ac3以 上30～50℃，保温一段 时间使钢奥氏体化后， 以大于临界冷速冷却获 得马氏体的热处理工艺
l过共析钢:AC1+30～50℃？
淬火后组织：均匀细小M +粒状渗碳体
二、淬火冷却介质 保证工件冷速V＞临界淬火冷速VC。
工件尺寸一定时，冷速越快： 1.获得较大的淬硬深度。 2.容易引起变形开裂。
水作为淬火介质
（1）650～550℃ :冷速＜200℃/s； M转变区(300～200℃），冷速：高达770℃/s
（5）铸钢件正火，
细化铸态组织（即细化铸件中粗大晶粒，
消除由于截面尺寸不同在结晶过程中产生的显微组 织的不均匀性，如等轴晶-柱状晶-粗晶）。
改善切削加工性能
由于铸件一般形状较复杂，偏析严重，韧性较 差。∴在正火中应采用较为缓慢的加热，以免热 应力造成变形开裂，加热T也较锻件高。
退火和正火的加热温度
不适用：处理高碳钢件和形状复杂的工件。 例：手用锯条 T10 T法
特点：既保证了较高淬透 层深，又可减少应力，防 止开裂。
水-油、盐水-油、油空气等
适用范围：淬透性较差的 大尺寸工件
缺点：不易操作
∴多用碳素工具钢和大 截面合金工具钢，要求 淬透较深的零件淬火。
3、M分级淬火 优点：减少了淬火应力
4、预先热处理及工件加工工序设置 预先热处理：调质 加工工序设置（各热处理工序目的？）
下料→锻造→正火或退火→机加工（粗）→ 调质→机加工（细）→感应淬火→低回→磨削
二、火焰加热表面淬火
操作:高温火焰加热工件表面，随后水冷淬火。 特点:（1）方法简单、不需贵重设备。
（2）工件大小不受限制 （3）加热温度不易控制，淬火质量不够稳定。
较快冷
珠光体
加热回火
回火马氏体
贝氏体
第五节 钢的淬透性
一、淬透性定义及影响因素
淬透性：钢中奥氏体在冷却时形成马氏体而不形
成其他组织的能力,它主要与钢的过冷A
的稳定性与临界淬火冷却速度有关
淬透性影响因素：
目的： A残→M 适用：Ms点低的钢 种（C高 ＞0.6）
要求尺寸稳定性很
高的精密零件
室温
四、淬火常见缺陷 1、淬火裂纹及变形
多种原因引起:工艺、结构、材料等。 2、氧化、脱C 3、过热、过烧 4、软点与硬度不足
加热温度不匀、存在氧化皮和表面气泡等 材料淬透性低、淬火冷速太小等。
第三节 钢的表面淬火
硬度。
回火索氏体 500X
适用：① 主要用于中碳碳素结构钢或低合金结构钢 制造的各种机械结构零部件
★结构钢淬火+高温回火，以获得综合机械性能为目 的，称为调质处理，如发动机曲轴、连杆、螺栓， 机床主轴等要求综合机械性能零件。 40Cr
②高C高合金钢（如高速钢、
HRC
高铬钢）的回火T的高达
500～600℃，在这个T
3）★过共析钢（工具钢、轴承钢）和渗C工件可用 正火消除网状C化物。以便在球化退火中获得均 匀的球状C化物。在用正火代替渗碳件的第一次 淬火时，还能减少工件变形。
4）大型锻件常采用正火作为最终热处理，可避免淬 火时较大的开裂倾向（但不能充分发挥材料潜 力）。正火后需高温回火（T=700℃），以消除 应力，得到良好的力学性能。
目的：主要目的是： (工
具钢) ↑硬度、强度、耐磨
临
界 冷 速
性。（结构钢）与不同T 的回火相配合，获得不同 的强韧、塑的配合，满足 不同的性能要求。
马氏体转变——无扩散型转变，切变
奥氏体晶界
马氏体板条 奥氏体
马氏体板条
板条M
一、淬火加热温度
l亚共析钢和共析钢:AC3+30～50℃？
淬火后组织:均匀细小M
工件
烧嘴
喷水管、烧嘴移动方向 喷水管
淬硬层
火焰加热表面淬火示意图
第四节 钢的回火
回火：淬火钢件加热至AC1以下某温度保温一定 时间，而后冷却的热处理工艺。
一、回火目的
（1） 减小或消除淬火应力，防零件变形和开裂。
（2） 稳定组织，防止组织转变引起的零件形状、
尺寸和性能变化。
淬火
（3） 获得所需力学性能。
（组织应力）
适用范围：变形要求严格的工件。一般分级淬火时零 件 能淬透的零件直径要比油淬、水淬小， ∴对大截面碳钢、低合金零件不适宜采用分级淬火。
4、贝氏体等温淬火
等温温度：依C曲线及性 能要求（T 低，B 下多 且硬度高）
适 用 ： 合 金 钢 ， Wc ＞ 0.6%的碳钢。
400-260 ℃
5、深冷处理（或冷处理）（Subzero treatment）
扩散退火
正火
温
度
完全退火
球化退火
去应力退火
成分
三、退火、正火后的组织与性能
组织：正火冷速快，P组织比退火态的片层间距小， 领域也小
性能：亚共析钢中：P越多，强度，硬度越高，韧 性↓，塑脆转化T↑。 Wc＜0.2%时，退正火机械性能相近。C%↑，正 火硬度、强度比退火高，塑性低。
HV
淬火 （＜0.1C)）
工程材料
（4）
第四章 金属材料热处理
第四章 金属材料热处理
热处理定义：在固态范围内，采用加热、保温和 冷却等方法而改变金属材料的内部组织结构，从 而改善金属材料力学性能的工艺方法金属材料。
空气中对流 T高时，辐射
热传导
T℃
A
A1
工
件
+
M
—
s
电阻炉加热时传热示意图
t
4、去应力退火
γ
二、 正火
1.定义：加热到Ac3或Accm以 上 30 ～ 50℃ ， 保 温 适 当 时 间 ，
根据回火温度分
（1）低温回火（150～250℃）
回火组织：回火马氏体：碳过饱和度降低了的马
氏体 + 析出碳化物
力学性能：残余应力消除，高硬度、高强度，较
低的塑性和韧性
回 火 马 氏 体
主要适用 高碳钢制造的各类工模具、机械零件（如轴承）
如锉刀 T12 160-180 ℃ ∽64HRC 渗C及CN共渗淬火后的零件 低合金超高强度钢 30CrMnSiNi2A 250-300
（2）●中C钢普通零件正火后组织细化，得到一定 的力学性能，要求不高时，可代替调质处理作为 最后热处理或为感应加热表淬前的预备处理
● 还 可 以 消 除 魏 氏 组 织 ， 低 合 金 结 构 钢 （ wt ＜ 0.4%，如40Cr）可用正火代替完全退火作为切 削加工前的准备，可缩短生产周期，降低费用。
疲劳强度显著↑→使用寿命↑
如：40Cr钢，φ20mm光滑试样，
σ-1值：调质：450~480，
σ-1
调质+表淬：630Mpa，
40MnB钢制造汽车半轴，
σ
调质改调质+表淬，寿命↑20倍
N
（3）工件不易氧化、脱碳，变形小。 （4）易于自动化，生产率高。 （5）设备昂贵 （6）不适合形状复杂的工件。
3、适用钢：中碳钢
优点：冷却能力强，清洁、安全、价格低，不需 清洗。 ∴在可能情况下应广泛使用。
缺点：M 转变区冷速大，易开裂 适用：形状简单，尺寸不大的碳钢件。
盐水、碱水溶液（水中添加5～10%的盐、碱） 在高温区（650～550℃）的冷却能力约为水的10
倍 缺点：①低温冷速仍很大。